JP5115134B2 - 真空ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータロータに永久磁石を内蔵したモータでロータを回転駆動する真空ポンプ装置に関する。

ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）は、固定翼に対して回転翼が形成されたロータを高速回転することにより真空排気を行っている。ロータを回転駆動するモータとしては、ＤＣブラシレスモータが知られている。一般的に、ＤＣブラシレスモータでは、ロータの磁極を検知してロータの回転位置を検出するためにホール素子が用いられる。

ところが、ホール素子は耐放射線性能および耐熱性がポンプ本体の他の部品に比べて劣るため、ホール素子に代えてインダクタンスセンサを用いる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方式では、モータロータの磁極を直接検出する代わりに、回転軸に凹凸面を有するターゲットを装着し、その凹凸面と対向するようにインダクタンスセンサを配置して、ターゲットとの距離の変化を検出して回転位置を検出するようにしている。

特開２００１−２３１２３８号公報

しかしながら、上述したようなインダクタンスセンサ方式では、ターゲットを回転軸に固定する際に、モータロータの磁極位置とターゲットとの位相を正確に合わせる必要があり、組み立て作業に時間がかかるとともに、厳密に位相を一致させるのは困難であった。

請求項１の発明は、ポンプロータに装着されて永久磁石を具備するモータロータを、複数の駆動電流パターンに基づいて形成される回転磁界により回転駆動するポンプユニットと、ポンプユニットに着脱自在に接続されて前記モータロータの回転を駆動制御する制御ユニットとを備える真空ポンプ装置に適用され、ポンプユニットは、ポンプロータに固定され、ターゲット面にギャップ変化部を有するセンサターゲットと、ターゲット面に対向配置され、ギャップ変化部を検出してポンプロータの回転に同期したセンサ信号を出力するセンサと、モータロータのロータ磁極位置とギャップ変化部の位置とに関する位相差に対応した位相差情報を保持する保持手段と、を備え、制御ユニットは、位相差の大きさと駆動電流パターンとの相関関係が記憶されている記憶手段と、相関関係、位相差情報およびセンサ信号に基づいてモータ始動時の駆動電流パターンを決定する決定手段とを備え、制御ユニットは、決定手段で決定された駆動電流パターンによりモータロータの回転始動を行い、モータ始動後は、保持手段に保持された位相差情報に基づいてモータロータの回転を駆動制御することを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１に記載の真空ポンプ装置において、センサ信号に基づいてポンプロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、センサ信号を回転速度および位相差情報に基づいて補正することにより、回転時のロータ磁極位置を算出するロータ磁極位置演算手段とを備え、ロータ磁極位置演算手段により算出されたロータ磁極位置に基づいてモータロータの回転を駆動制御するようにしたものである。
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の真空ポンプ装置において、保持手段は位相差に対応付けられた抵抗値を有する抵抗器を備え、制御ユニットに、抵抗器の抵抗値に基づいて位相差を算出する位相差演算手段を設けたものである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の真空ポンプ装置において、抵抗器を可変抵抗器としたものである。
請求項５の発明は、請求項１または２に記載の真空ポンプ装置において、保持手段は、オンオフ状態として位相差情報を保持する複数のスイッチを備え、制御ユニットに、複数のスイッチのオンオフ状態に応じて位相差を算出する位相差演算手段を設けるようにしたものである。

本発明によれば、ポンプユニットに位相差情報を保持する保持手段を設け、その位相差情報に基づいてモータロータの回転を駆動制御するようにしたので、従来のような位相合わせ作業を必要とせず組み立て作業の効率化を図ることができる。さらに、保持手段をポンプユニットに設けたので、ポンプユニットと制御ユニットとの組み合わせを変えて用いても支障が生じない。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
−第１の実施の形態−
図１は、本発明による真空ポンプの第１の実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプの概略構成を示すブロック図である。ターボ分子ポンプはポンプ本体１と電源装置２とから構成されている。図１に示す例では、ポンプ本体１と電源装置２とをケーブルで接続するような構成としているが、ポンプ本体１と電源装置２とを一体で構成する場合もある。

ポンプ本体１には、回転翼が形成されたロータ４が設けられており、ロータ４は磁気軸受５により非接触支持されるとともにモータ６により回転駆動される。モータ６にはＤＣブラシレスモータが用いられる。一方、電源装置２には、モータ６を駆動するモータ制御部７と、ロータ４が所定浮上位置に支持されるように磁気軸受５に供給される励磁電流を制御する軸受制御部８とを備えている。

図２は、ポンプ本体１の断面図である。ポンプ本体１のケーシング１０の内部に配設されたロータ４が、固定翼４３およびネジステータ部４４に対して高速回転することにより、排気機能を発生する。ロータ４が締結されるロータシャフト４５にはモータ６のモータロータ６２が装着されており、モータロータ６２には永久磁石が内蔵されている。一方、ベース３側には、回転磁界を形成するためのＵ相コイル，Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを有するモータステータ６１が設けられている。ロータシャフト４５の下端にはセンサターゲット４６が設けられており、センサターゲット４６と対向する位置にはギャップセンサ４７が設けられている。

ロータ４を非接触支持する磁気軸受５（図１参照）は、図２に示すようにラジアル磁気軸受を構成する電磁石５１，５２とアキシャル磁気軸受を構成する電磁石５３とを有し、これらは５軸制御形磁気軸受を構成している。これらのラジアル電磁石５１，５２とアキシャル電磁石５３に対応して、ロータ４の位置を検出するためのラジアル変位センサ５５，５６およびアキシャル変位センサ５７が設けられている。１１，１２は非常用のメカニカルベアリングであり、１３はポンプ本体１と電源装置２とを接続するケーブルが接続されるコネクタである。

図３（ａ）はロータシャフト４５を示す図であり、ロータシャフト４５には永久磁石を備えたモータロータ６２が設けられている。ロータシャフト４５の下端にはセンサターゲット４６がネジ締結されている。センサターゲット４５のターゲット面には、２つの面４６ａ，４６ｂが形成されている。面４６ａ，４６ｂは、それらがギャップセンサ４７に対向したときのギャップ量はそれぞれ異なる。面４６ａ，４６ｂはそれぞれ回転角度に関して１８０度ずつに振り分けられており、それらの境界は段差部４６０になっている。

ギャップセンサ４７は、センサターゲット４６とのギャップ変化を検出するインダクタンス式のギャップセンサである。このギャップセンサ４７でセンターゲット４６の段差部４６０を検出することにより、ロータシャフト４６の回転位置や回転速度を検出することができる。なお、本実施の形態ではギャップセンサ４７としてインダクタンス式のギャップセンサを用いているが、ロータ回転と同期した信号を出力するものであればインダクタンス式センサに限らない。

モータロータ６２には、磁極位置を示すマーク６２０が記されている。図３（ｂ）は、モータロータ６２に設けられた永久磁石の磁極位置とセンサターゲット４６の段差部４６０との位置関係を示したものである。マーク６２０に対する段差部４６０の位相差を測定することで、磁極位置と段差部４６０との位相差が分かる。この実測された位相差は、ポンプ本体１側に設けられた位相差情報保持部４８に保持しておく。

図４はモータステータ６１の構造を示す図である。四角で囲まれたＵ相、Ｕ’相、Ｖ相、Ｖ’相、Ｗ相、Ｗ’相は、それぞれモータステータ６１のコイル位置を示す。図４（ａ）に示すように、一つの駆動パターン、例えば、駆動パターン（Ｕ→Ｖ）で駆動電流を固定すれば、破線矢印で示す２つの磁界の合成磁界Ｍ１がモータステータ６１内に形成される。その結果、モータロータ６２は、図４（ｂ）に示す位置で停止する。モータ駆動時には、図５に示すように駆動パターンをＵ→Ｖ、Ｕ→Ｗ、Ｖ→Ｗ、Ｖ→Ｕ、Ｗ→Ｕ、Ｗ→Ｖの順に切り替えて、モータステータ６１内の磁界Ｍ１を回転させる。

この時、駆動電流を切り替えるタイミングとしては、例えば、図５（ｂ）に示すようにモータロータ６２の磁極が、次の駆動パターン（Ｕ→Ｗ）で生成される磁極に対して６０度前に来たタイミングである。従って図５（ｂ）に示した、駆動電流をＵ→Ｖで固定した時のモータロータ６２の位置は、駆動パターン（Ｕ→Ｗ）に切り替えるタイミングとなる。従来は、このＷ相の位置にホールセンサ等を設け、モータロータ６２の磁極を検出することにより駆動電流の切替タイミングを検出していた。

本実施の形態では、図６（ａ）に示すように、センサターゲット４６に対向するように３つのギャップセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃが設けられている。各ギャップセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃは、回転軸Ｊの回りに１２０度間隔で配設されている。図６（ｂ）は回転位置センサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃをセンサターゲット４６のラジアル方向に配設した場合を示す。この場合は、センサ対向面であるセンサターゲット４６の外周面に、段差部４６０が形成されている。

図７は、モータ６の駆動制御に関係する構成要素を示すブロック図であり、モータステータ６１，モータロータ６２，センサターゲット４６，ギャップセンサ４７ａ，４７ｂ，４７ｃおよびモータ制御部７の概略構成を示したものである。なお、図７では、ギャップセンサ４７ａ〜４７ｃがセンサターゲット４６のラジアル方向に配設される場合（図６（ｂ）参照）を例に示した。

図７に示す例では、位相差情報保持部４８として可変抵抗器がポンプ本体１内に設けられており、トリマを調整することにより位相差に応じた大きさの抵抗値に設定される。電源装置２側には、可変抵抗器４８の抵抗値を電圧に変換するための回路として分圧用の抵抗２０が設けられている。この電圧をモータ制御マイコン７０のＡＤ変換器７６でＡＤ変換し、ＡＤ変換後の電圧情報は遅延時間演算部７５において位相差情報に変換される。

例えば、ポンプ製造工程や、メンテナンス作業時のシャフト組み付け前に、モータロータ６２のマーク６２０とセンサターゲット４６の段差部４６０との間の角度を、時計回りに０度〜３５９度までの間で測定する。そして、計測した角度を１０倍して０Ω〜３５９０Ωに換算し、可変抵抗器の抵抗値を前記換算値に設定する。

図８は位相差情報保持部４８の他の例を示す図であり、（ａ）は接点信号を与えるスイッチ群、例えば、ディップスイッチを用いる場合、（ｂ）は固定抵抗を用いる場合を示す。図８（ａ）の接点信号を用いる場合には、位相差情報をスイッチＳ１〜Ｓ３のオンオフ情報として記憶させる。各スイッチＳ１〜Ｓ３と電源との間には、抵抗２０Ａ〜２０Ｃが接続されている。オンオフ情報はモータ制御マイコン７０のデジタル入力端子で読み取られ、位相差情報に変換される。

後述するように、ポンプ始動のために必要な最低限の位相差情報は６ステップであるので、接点情報は３ビットあれば記憶可能となる。また、位相差情報は±３度程度の精度があれば高速回転での駆動にも支障がないので、６０（＝３６０度／６度）ステップの分解能があればよいことになる。この場合、位相差情報保持部４８は、６ビットあれば高速回転に必要な位相差情報を記憶させることが可能となる。

また、回転速度がある程度の回転数に上昇したら、モータの逆起電圧から正確な位相差情報を求めても良いので（特開２００６−３２５３１１号公報を参照）、回転速度上昇後の駆動方法により、必要なビット数は上記範囲内で適宜選択可能である。ビット数を増やした場合、ポンプ−電源間の配線が増えることになるので、どこまでの精度を要求するかは費用対効果も含めて決定すれば良い。

図８（ｂ）のように固定抵抗を用いる場合には、位相差に合わせて選択された抵抗値の固定抵抗４８を、ポンプ本体１内に設置すれば良い。例えば、３６０度を６０ステップに分割して設定する場合、Ｅ２４系列の抵抗値を用いて図９に示すように各位相差に対応させれば良い。

図７に戻って、電源装置２をポンプ本体１に接続して電源をオンすると、ポンプ本体１に設けられている位相差情報保持部４８の抵抗値が読み取られ遅延時間演算部７５に取り込まれる。遅延時間演算部７５は、読み取った抵抗値に対応する位相差θを算出する。遅延時間演算部７５には、抵抗値と位相差θとの相関テーブルが予め記憶されている。モータステータ６１に設けられたＵ相コイル，Ｖ相コイルおよびＷ相コイルには、電源７１に接続されたモータ駆動波形生成回路７２により駆動電圧が印加される。

ギャップセンサ４７ａ〜４７ｃからは、センサターゲット４６とのギャップに対応したセンサ信号Ｇ１〜Ｇ３が出力される。モータロータ６２の磁極位置とセンサターゲット４６の段差部４６０との位相差θは、上述したように位相差情報保持部４８に保持されている抵抗値に基づいて遅延時間演算部７５で算出される。ギャップセンサ４７ａ〜４７ｃから出力されたセンサ信号Ｇ１〜Ｇ３は、モータ制御部７の信号遅延部７３に入力される。なお、磁極位置と段差部４６０との間には位相差θがあるので、センサ信号Ｇ１〜Ｇ３をそのまま回転位置信号として用いることはできない。

信号遅延部７３は、センサ信号Ｇ１〜Ｇ３に対して遅延処理を施して正しい回転位置信号Ｓ１〜Ｓ２を生成し、その回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３をモータ駆動波形生成回路７２へと出力するものである。図１０は、センサ信号Ｇ１〜Ｇ３，回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３およびＵ相コイル，Ｖ相コイルおよびＷ相コイルに印加される電圧の各波形パターン（タイムチャート）を示したものである。ギャップセンサ４７ａ〜４７ｃがセンサターゲット４６の凸面４６ａに対向するとセンサ信号Ｇ１〜Ｇ３はHigh状態となり、逆に凹面４６ｂに対向するとセンサ信号Ｇ１〜Ｇ３はLow状態となる。

ギャップセンサ４７ａ〜４７ｃは１２０度毎に配設されているので、センサ信号Ｇ２はセンサ信号Ｇ１に対して１２０度だけ位相がずれており、同様に、センサ信号Ｇ３はセンサ信号Ｇ２に対して１２０度だけ位相がずれている。モータ駆動波形生成回路７２に入力されるべき正しい回転位置信号Ｓ１の立ち上がりとセンサ信号Ｇ１の立ち上がりとの間の時間差、すなわち遅延時間は図４に示した角度ズレである位相差θに起因して発生する。この遅延時間Δｔは、ロータ回転周波数ｆと位相差θを用いて次式（１）で算出することができる。
Δｔ＝（１／ｆ）・（θ／３６０） …（１）

図７の回転速度検出部７４は、ギャップセンサ４７ａのセンサ信号Ｇ１に基づいてモータロータ６２の回転周波数ｆを演算し、演算された回転周波数ｆを遅延時間演算部７５に出力する。遅延時間演算部７５は、算出した位相差θと回転速度検出部７４で算出された回転周波数ｆとに基づいて、式（１）により遅延時間Δｔを算出する。信号遅延部７３は、入力された遅延時間Δｔとセンサ信号Ｇ１〜Ｇ３とに基づいて正しい回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３を算出し、モータ駆動波形生成回路７２へと出力する。

モータ駆動波形生成回路７２では、回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３に基づく論理演算を行うことにより、図１０に示すようなＵ相，Ｖ相およびＷ相の電圧波形パターンをそれぞれ生成する。このように、ギャップセンサ４７ａ〜４７ｃから出力されるセンサ信号Ｇ１〜Ｇ３を、回転周波数ｆおよび位相差θから算出される遅延時間Δｔにより補正して正しい回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３を算出し、その回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３によりモータ駆動信号Ｕ，Ｖ，Ｗを生成するようにしているので、モータロータの磁極位置と同期信号との間に位相差θがあっても同期駆動が可能となる。

上述したように、本実施の形態では、センサターゲット４６をシャフト部４５に固定した後に、モータロータの磁極位置とセンサターゲット４６との位相差を実測し、その位相差情報を位相差情報保持部４８に記憶するようにした。そのため、センサターゲット４６をシャフト部４５に固定する際に、段差部４６ｃの位置をモータロータ６２のＮ極とＳ極との境界面の位置と正確に一致させる必要がなく、組み立て作業の効率化を図ることができる。

また、位相差情報保持部４８はポンプ本体１側に設けられ、ポンプ本体１固有の位相差情報（位相差θに対応する抵抗値）がそれぞれ保持されている。そのため、電源装置２に接続されるポンプ本体１を他のポンプ本体１に交換した場合でも、電源装置２はポンプ本体１の位相差情報保持部４８から位相差情報を読み込むことにより、交換後のポンプ本体１に自動的に対応することができる。

−第２の実施の形態−
図１１は本発明による真空ポンプの第２の実施形態を示す図であり、上述した図７と同様のブロック図である。上述した第１の実施の形態では、図７に示したように３つのギャップセンサ４７ａ〜４７ｃを用いたが、第２の実施の形態では一つのギャップセンサ４７ａを用いてモータ回転制御を行う。ギャップセンサ４７ａから出力されるセンサ信号Ｇ１は、第１の実施の形態と同様に信号遅延部７３および回転速度検出部７４に入力される。

第１の実施の形態と同様に、遅延時間演算部７５は、位相差情報保持部４８から読み取った抵抗値から位相差θを算出する。そして、その位相差θと回転速度検出部７４で算出されたロータ回転周波数ｆとに基づいて遅延時間Δｔを算出し、信号遅延部７３に出力する。信号遅延部７３は、センサ信号Ｇ１と算出された遅延時間Δｔとに基づいて正しい回転位置信号Ｓ１を生成し、その回転位置信号Ｓ１をモータ駆動波形生成回路７２に出力する。

上述した、第１の実施の形態のように３つのギャップセンサ４７ａ〜４７ｃを備える装置の場合には、各ギャップセンサ４７ａ〜４７ｃのセンサ信号Ｇ１〜Ｇ３を位相補正することにより、１２０度ずつ位相のずれた回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３が得られた。そのため、回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３を用いた論理演算により電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗを生成することができた。

ところが、本実施の形態では、図１２に示すように一つの回転位置信号Ｓ１だけしか得られない。そこで、回転速度検出部７４において回転周期Ｔ１＝１／ｆを算出し、モータ駆動波形生成回路７２では回転周期Ｔ１と回転位置信号Ｓ１とに基づいてＵ相，Ｖ相およびＷ相の電圧波形パターンを生成する。

図１２はパターン生成方法を説明する図である。ここでは、１周期前の回転速度データから１回転の時間を６分割して駆動パターン切り換え時間Ｔ１／６を生成し、そのタイミングで図６の電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗと同様のパターンを生成するようにする。まず、センサ信号Ｇ１が取得されたならば、信号遅延部７３は遅延時間演算部７５で算出された遅延時間Δｔに基づいて回転位置信号Ｓ１を生成する。回転位置信号Ｓ１の周期は、回転速度検出部７４で算出されるセンサ信号Ｇ１の周期Ｔ１と同一である。

次いで、２周期目の回転位置信号Ｓ１が生成されたならば、その信号立ち上がりと同期して電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗの生成を開始する。そして、時間Ｔ１／６が経過する毎に生成される波形パターンを切り換える。一方、信号遅延部７３においては２周期目の回転信号Ｓ１が生成され、モータ駆動波形生成回路７２に入力される。２周期目の回転信号Ｓ１の周期はＴ２とする。加速時や減速時はロータ回転速度が変化するので、一般的にはＴ２≠Ｔ１である。

図１２に示す例ではＴ２＜Ｔ１（加速状態）となっている。上述したように、１周期目の電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗは２周期目の回転信号Ｓ１の立ち上がりと同期して生成開始され、Ｔ１／６毎に波形の切り換えが行われる。すなわち、１周期目の電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗは周期がＴ１であるとして生成される。しかし、２周期目の回転信号Ｓ１の立ち上がりは１周期目の電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗが生成開始されてから時間Ｔ２後に発生するので、Ｔ１／６毎に形成される波形パターンの内の６番目の波形パターンの生成時間はＴ１／６よりも短くなる。

このように、第２の実施の形態では、回転位置信号Ｓ１の立ち上がりに同期して各周期の電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗの生成を開始し、それ以前に取得された回転周期を６分割した時間で波形パターンの切り換えを行う。上述した例では、１回目の回転位置信号Ｓ１の周期を用いたが、２回以上前に取得された回転位置信号Ｓ１の周期を用いても良い。よって、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができるとともに、さらに、ギャップセンサ４７の数を一つに減らすことでコスト削減を図ることができるとともに、センサ設置スペースの削減および設置自由度の向上を図ることができる。

ところで、回転始動時のようにロータ４が停止状態にある場合には、回転周波数ｆが算出できない。そのため、始動時においては、図１０や図１２に示すような電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗをモータロータ６２の磁極位置とは非同期で生成し、その周期を順次短くすることによりロータ４を所定の回転速度まで加速する。そして、ロータ回転速度が、回転速度検出部７４による回転周波数ｆが取得可能な所定回転速度となったならば、回転周波数ｆを検出し、信号遅延部７３による位相差θに対応する位相補正を行って同期運転に移行する。

［始動性向上の方法］
回転始動時に電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗをモータロータ６２の磁極位置とは非同期で生成する場合には、逆回転してしまうおそれがある。そこで、以下のように制御することで、始動性の向上を図ることができる。なお、以下ではギャップセンサ４７が１個の場合の始動性向上について説明する。

ギャップセンサ４７はモータステータ６１のＷ相のコイルと同位相に設置され、モータロータ６２の磁極とセンサターゲット４６との位相が一致しているとする。モータロータ６２の磁極がモータステータ６１のコイルに正対して静止すると考えた場合、モータ静止時のギャップセンサ４７の出力がオンであるときに考えられるモータロータ６２の位置は、図１３の（ａ）〜（ｃ）に示す３つの状態である。

この時、どの静止位置においてもモータロータ６２が逆転しないように駆動を開始することができる磁界Ｍ１の方向は、図１３の破線矢印の方向であることがわかる。ロータ静止位置のバラツキも考慮すると、１つの回転同期信号Ｇ１で駆動を開始する場合は、実線矢印の方向（駆動パターンＶ→Ｗ）から駆動開始すれば逆転方向に大きく回ることがなく、始動性を向上させることができる。

なお、ロータ静止状態が図１３（ｃ）に示す状態であった場合には、実線矢印の磁界を印加すると、いったん３０度だけ逆転方向に駆動されることになるが、この程度の逆転駆動であれば始動性を妨げることはない。よって、図１３のように位相差が０度である場合には、静止時のギャップセンサ４７の出力がオンであったならば、駆動パターン（Ｖ→Ｗ）から駆動を開始すれば、逆転することなく始動させることができる。なお、ギャップセンサ４７の出力がオンになる場合を例に説明したが、出力がオフとなった場合についても、位相が１８０度異なる点を除いて同様に考えることができる。

始動動作の手順としては、先ず、ギャップセンサ４７の出力がオンかオフかを検出する。ギャップセンサ４７の出力がオンの場合には、上述したように駆動パターン（Ｖ→Ｗ）から駆動を開始する。逆にオフであった場合には、１８０度位相が異なる駆動パターン（Ｗ→Ｖ）から駆動を開始する。

次に、位相差≠０である場合、例えば、図１４に示すように、モータロータ６２の磁極に対して、センサターゲット４６の位相が回転方向（左回り）に３０度の位相差がある場合について説明する。図１４（ａ）に示す状態で静止している場合、ギャップセンサ４７の出力がオンになる場合がある。オン状態であるとして上述したように駆動パターン（Ｖ→Ｗ）で駆動すると、実線矢印で示すようにモータロータ６２の磁界方向に対して１５０度進んだ方向に駆動磁界が形成されることになる。

図１４（ａ）からも分かるように、位相差がこれ以上大きくなると逆転方向に駆動される可能性が出てくる。そのため、位相差が３０度を超える場合には、始動時の駆動電流の駆動パターンを６０度遅らせて駆動パターン（Ｕ→Ｗ）とする。駆動磁界は破線矢印で示す方向となり、始動時の逆転を避けることができる。なお、図１４の（ｂ）〜（ｃ）は、ギャップセンサ４７の出力がオンとなる場合のロータ静止位置を示したものである。

このように、位相差の大きさに応じて、始動時の駆動パターンを決定する。図１５は、位相差の大きさに応じた駆動開始パターンを示したものである。図１５に示すようなテーブルを予めモータ駆動制御部７の記憶部に記憶しておき、ポンプ本体側から読み込んだ位相差情報と図１５のテーブルとに基づいて駆動開始パターンを決定することで、逆転することなく始動させることができる。なお、決定された駆動開始パターンをモータ駆動制御部７の記憶部に記憶しておけば、ポンプ本体の交換を行わない限り、駆動開始パターンを求める演算を始動の度に行う必要がない。

なお、上述した実施の形態では、位相差を測定する方法として、マーク６２０に対する段差部４６０の位相差を測定し、磁極位置と段差部４６０との位相差を取得するようにしたが、次のように測定しても良い。例えば、駆動パターンの起点を（Ｕ→Ｗ）とする場合、それよりも６０度前の駆動パターン（Ｕ→Ｖ）で駆動電流を固定し、モータロータ６２が静止するのを待つ。このとき、図４に示すように、モータロータ６２のＮ極の方向はステータコイルが形成する磁界Ｍ１の向きと一致し、Ｎ極とＳ極との境界はＷ相のコイルと正対することになる。

図１６（ａ）は位相差がゼロの場合を示したものであり、Ｗ相の位置に配置されたギャップセンサ４７にセンサターゲット４６の段差部４６０が対向することになる。そのため、ギャップセンサ４７の出力がOFFからONに切り替わるタイミングが、駆動パターンを（Ｕ→Ｖ）から（Ｕ→Ｗ）に切り替えるタイミングとなる。なお、図１６において、センサターゲット４６の符号ON，OFFは上述したHigh，Lowに対応しており、以下ではHigh，Lowの代わりにON，OFFを用いる。

一方、図１６（ｂ）に示すように位相差がゼロでない場合には、センサターゲット４６の段差部４６０は、ギャップセンサ４７の位置から位相差分だけずれてしまうことになる。この位相差を、すなわち、モータロータ静止位置におけるセンサターゲット４６の位相とモータステータ６１のＷ相コイルの位相との間の角度を、モータ回転方向に測定する。

測定方法としては、図１６（ｂ）の状態から、モータロータ６２が装着されているロータシャフト４５（図２参照）、すなわち、ロータ４を回転角度測定用の治具等を用いて手動で右回りに回転する。そして、ギャップセンサ４７の出力がONからOFFに切り替わった時の回転角度を計測することで、Ｗ相の位置と段差部４６０の位置との位相差を得ることができる。この位相差は、モータロータ６２の磁極とターゲットセンサ４６との位相差に一致している。この測定法であれば、ポンプ組立後にも位相差測定を行うことができる。

また、モータロータ６２を手動回転させる代わりに、ギャップセンサ４７の方を回転させて位相差を計測するようにしても良い。例えば、ギャップセンサ４７を組み付ける前の段階で、回転角度が可変な角度測定用ギャップセンサを用いて計測する。この場合、図１６（ｂ）の状態において、角度測定用ギャップセンサをＷ相の位置から左回りに回転し、出力がONからOFFに切り替わる角度を計測する。

なお、上述した実施の形態では２極モータを例に説明したが、他の極数のモータに対しても、回転位置センサの数および配置を変更することにより同様に本発明を適用することができる。また、ターボ分子ポンプを例に説明したが、モータロータに永久磁石を内蔵するモータによりロータを回転する真空ポンプ装置であれば、本発明はターボ分子ポンプに限らず適用することができる。

以上説明した実施の形態と特許請求の範囲の要素との対応において、ポンプ本体１はポンプユニットを、電源装置２は制御ユニットを、位相差情報保持部４８は保持手段を、信号遅延部７３および遅延時間演算部７５はロータ磁極位置演算手段を、段差部４６０はギャップ変化部を、遅延時間演算部７５は位相差演算手段を、モータ制御マイコン７０は設定手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまでも一例であり、発明を解釈する際、上記実施の形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係に何ら限定も拘束もされない。

本発明による真空ポンプの第１の実施の形態を示す図であり、磁気軸受式ターボ分子ポンプの概略構成を示すブロック図である。 ポンプ本体１の詳細を示す断面図である。 ロータシャフト４５に設けられた磁極位置マーク６２０とセンサターゲット４６とを示す図であり、（ａ）は磁極位置マーク６２０とセンサターゲット４６とを示し、（ｂ）位相差θを示す。 モータステータ６１の構造を示す図であり、（ａ）は磁界Ｍ１の方向を示し、（ｂ）はモータロータ６２の磁極方向を示す。 駆動パターンを示す図であり、（ａ）はモータ駆動時を、（ｂ）は駆動電流をＵ→ＶからＵ→Ｗに切り替えるタイミングをそれぞれ示す。 センサターゲット４６の例を示す図であり、（ａ）は第１の例を、（ｂ）は第２の例を示す。 モータ６の駆動制御に関係する構成要素を示すブロック図である。 位相差情報保持部４８の他の例を示す図であり、（ａ）はディップスイッチを用いる場合を、（ｂ）は固定抵抗を用いる場合を示す。 固定抵抗器を用いた場合の、抵抗値と位相差との対応例を示す図である。 センサ信号Ｇ１〜Ｇ３、回転位置信号Ｓ１〜Ｓ３および電圧波形パターンＵ，Ｖ，Ｗを示す図である。 真空ポンプの第２の実施形態を示すブロック図である。 第２の実施形態におけるセンサ信号パターンを示す図である。 モータ静止時のギャップセンサ４７の出力がオンであるときに考えられる、モータロータ６２の位置を示す図である。 位相差≠０である場合の、ギャップセンサ４７の出力がオンであるときに考えられるモータロータ６２の位置を示す図である。 位相差の大きさに応じた駆動開始パターンを示す図である。 位相差を測定する方法を説明する図であり、（ａ）は位相差がゼロの場合を、（ｂ）は位相差がゼロでない場合を示す。

符号の説明

１：ポンプ本体、２：電源装置、４：ロータ、５：磁気軸受、６：モータ、７：モータ制御部、８：軸受制御部、４５：ロータシャフト、４６：センサターゲット、４７，４７ａ〜４７ｃ：ギャップセンサ、４８：位相差情報保持部、６２：モータロータ、７０：モータ制御マイコン、７２：モータ駆動波形生成回路、７３：信号遅延部、７４：回転速度検出部、７５：遅延時間演算部、４６０：段差部、６２０：マーク、６１：モータステータ、Ｇ１〜Ｇ３：センサ信号

Claims (5)

1. ポンプロータに装着されて永久磁石を具備するモータロータを、複数の駆動電流パターンに基づいて形成される回転磁界により回転駆動するポンプユニットと、
   前記ポンプユニットに着脱自在に接続されて前記モータロータの回転を駆動制御する制御ユニットとを備える真空ポンプ装置において、
   前記ポンプユニットは、
   前記ポンプロータに固定され、ターゲット面にギャップ変化部を有するセンサターゲットと、
   前記ターゲット面に対向配置され、前記ギャップ変化部を検出して前記ポンプロータの回転に同期したセンサ信号を出力するセンサと、
   前記モータロータのロータ磁極位置と前記ギャップ変化部の位置とに関する位相差に対応した位相差情報を保持する保持手段と、を備え、
   前記制御ユニットは、
   前記位相差の大きさと前記駆動電流パターンとの相関関係が記憶されている記憶手段と、
   前記相関関係、前記位相差情報および前記センサ信号に基づいてモータ始動時の駆動電流パターンを決定する決定手段とを備え、
   前記制御ユニットは、前記決定手段で決定された駆動電流パターンにより前記モータロータの回転始動を行い、モータ始動後は、前記保持手段に保持された前記位相差情報に基づいて前記モータロータの回転を駆動制御することを特徴とする真空ポンプ装置。
2. 請求項１に記載の真空ポンプ装置において、
   前記センサ信号に基づいて前記ポンプロータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記センサ信号を前記回転速度および前記位相差情報に基づいて補正することにより、回転時の前記ロータ磁極位置を算出するロータ磁極位置演算手段とを備え、
   前記制御ユニットは、前記ロータ磁極位置演算手段により算出されたロータ磁極位置に基づいて前記モータロータの回転を駆動制御することを特徴とする真空ポンプ装置。
3. 請求項１または２に記載の真空ポンプ装置において、
   前記保持手段は、前記位相差に対応付けられた抵抗値を有する抵抗器を備え、
   前記制御ユニットに、前記抵抗器の抵抗値に基づいて前記位相差を算出する位相差演算手段を設けたことを特徴とする真空ポンプ装置。
4. 請求項３に記載の真空ポンプ装置において、
   前記抵抗器を可変抵抗器としたことを特徴とする真空ポンプ装置。
5. 請求項１または２に記載の真空ポンプ装置において、
   前記保持手段は、オンオフ状態として前記位相差情報を保持する複数のスイッチを備え、
   前記制御ユニットに、前記複数のスイッチのオンオフ状態に応じて前記位相差を算出する位相差演算手段を設けたことを特徴とする真空ポンプ装置。

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